物理学与人类文明课堂实录【1】

重力势能

鲁智

（一）力的描述

(1)力的定义：力是物体和物体间的相互作用．

(2)力的性质

①力的物质性：有力发生则一定存在着施力物质和受力物质．

②力的相互性：施力物体给予受力物体作用力的同时必然受到受力物体的反作用力．即力总是成对出现的．

③力的矢量性：力是矢量，不但有大小而且有方向．因此要确切地表示一个力，必须既指明其大小，又指明其方向．可以用

④力的瞬时性：有力则有加速度，力消失，加速度亦消失．

(3)力的作用效果．

①使物体产生形变(即物体的形状或体积发生变化)；

②使物体的运动状态发生改变(即物体的速度大小或运动方向发生改变)．力的作用效果是由力的大小、方向和作用点共同决定的．

特别提醒：

(1)相互作用的物体，可以直接接触，也可以不接触，但作用力必然是成对出现的．

(2)并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体．

(3)任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态发生变化．

（二）力的图示

①力的大小可用测力计(弹簧秤)测量．

②力的单位：国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N. ③在物理学中用一根有向线段来表示力，用线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，用箭头或箭尾表示力的作用点，这种方法叫做力的图示法．

画力的图示的步骤：

•

a．选取合适的标度(用多少毫米表示多少牛的力)．

•

b．从作用点开始沿力的方向画一线段，线段的长短按选定的标度和力的大小画出，线段上加刻度．

•

c．在线段的一端加箭头表示力的方向，箭尾在力的作用点上，力的方向所沿的直线叫力的作用线．

(4)力的示意图：只画出物体受到的力及力的方向，不需要选定标度确定线段的长短以表示力的大小的画力的方法叫力的示意图．

特别提醒：

(1)力的图示反映了力的三要素，而力的示意图只反映了力的作用点和方向，在分析物体受力时经常用到．

(2)标度的选取应根据力的大小合理设计．一般情况下，线段应取2～5段整数段标度的长度．

(3)要用同一标度画同一物体受到的不同的力．

【例题】

如图所示，桌面上有质量为600g的书，用图示法表示出桌面对书的支持力并作出这个力的示意图．(g取10N/kg)

(三)重力的概念

由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力．

①地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命，凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用．

②重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力．在有的情况下，认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者相差很小．

③重力是非接触力．

④重力的施力物体是地球．

(2)重力的大小

①重力的测量

在实验室里，重力的大小可以用测力计测量；工业上用电子吊秤可以称更重的物体．

测量原理：二力平衡时，两个力大小相等．

测量条件：物体处于静止或匀速直线运动时．

测量方法：用测力计将待测物体悬挂起来处于静止状态，测力计的读数在数值上等于重力的大小．

②重力的大小

由于G＝mg，在同一地点，重力的大小与质量成正比；在不同地点，如从两极到赤道或离地面越高，g值均减小，从而使同一物体的重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关．

③重力的方向

重力总是竖直向下的．竖直向下不能说成垂直向下，垂直要看接触面，重力和水平面垂直，与斜面并不垂直．物体在自由释放后总是竖直向下的，就说明了重力的方向．

(3)对重心的理解

①重心是重力的等效作用点．

②重心的位置可以在物体上，也可以在物体外．如一个圆形平板的重心在板上，而一个铜环的重心就不在环上．

③重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布或形状发生变化时，其重心在物体上的位置也发生变化．

④质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上；对形状不规则的薄物体，可用支撑法或悬挂法来确定．

（五）四种基本相互作用力

(1)万有引力

(2)电磁相互作用

(3)强相互作用

4)弱相互作用

[课堂练习] 1、下列说法正确的是

(

) D A．甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感觉到痛，说明甲对乙施加了力，而乙未对甲施加力

B．“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的

C．磁铁吸引铁钉时，磁铁不需要与铁钉接触，说明力可以脱离物体而存在

D．网球运动员用力击球，网球受力后飞

2、关于力，下列说法中正确的是

(

)C A．向上运动的物体，一定受到向上的作用力

B．相互接触的物体之间，一定有作用力产生

C．任何一个力的产生都离不开两个物体

D．只有相互接触的物体之间才能产生作用力

3关于重力的大小，下列说法中正确的是(

)B A物体的重力大小总是恒定的 B．同一地点，物体的重力与物体的质量成正比

C．物体落向地面时，它受到的重力大于它静止时所受的重力

D．物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力

4下列关于物体重力的说法中正确的是

(

) C A．地球上的物体在运动时才受到重力

B．同一物体在某处向上抛出后所受重力较小，向下抛出后所受重力较大

C．某物体在同一位置时，所受重力与静止还是运动无关，重力大小是相同的

D．物体所受重力大小只与其质量有关

5如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，当水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会

(

) D 一直下降 B．一直上升 C．先升高后降低． D先降低后升高

6如图所示，n块厚度为d的相同的砖块，靠在一起平放在地面上，今将它们一块一块向上叠起来，这堆砖的重心升高了多少？

dnd解析：砖平放在地面上时，其重心距地面的高度为，叠起后，其重心距地面，所以22n－1重心升高了d. 27下列关于力的说法中正确的是

A.射出枪口的子弹，能打到很远的距离，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用

B.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用

C.只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力

D.任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体

解析：子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力，使子弹离开枪口时有很大的速度，但子弹离开枪口以后，只受重力和空气阻力作用，并没有一个所谓的推力

8，关于重力的说法，正确的是(

)

CD A.重力就是地球对物体的吸引力

B.只有静止的物体才受到重力

C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力

D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的

[来源: ]

解析：重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，地球对物体的吸引力产生两个效果：一个效果是吸引力的一部分使物体绕地球转动；另一个效果即另一部分力才是重力，也就是说重力通常只是吸引力的一部分.重力只决定于地球对物体的作用，而与物体的运动状态无关，也与物体是否受到其他力的作用无关. 9.下列说法中正确的是(

) B A.有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以这个力可以没有施力物体

B.力不能离开物体而存在

C.不接触的物体之间一定没有力的作用

D.有物体存在就一定存在力

10.如果地面上一切物体受到的重力都消失了，则不可能出现的现象是(

) D A.江河的水不会流动

B.鸡毛和铁球都可以悬浮在空中

C.天不会下雨

D.一切物体的质量都变为零

解析：江河的水从高处向低处流动、鸡毛和铁球下落、雨滴下落，靠的都是重力的作用，如果没有了重力，这些现象都不会发生，因此，A、B、C都会出现，所以这三个选项都不能选；质量是物质的一种属性，不随重力的改变而改变，所以D是应该选的选项. 11.一个边长为2 m的质量均匀分布的正方形薄板，一边放在水平桌面上，薄板平面与桌面垂直，绕其位于桌面上的一个顶点转到薄板平面的对角线处于竖直位置的过程中，其重心位置升高了__________m. 解析：正方形薄板的重心位置在几何中心，当对角线处于竖直位置时，重心离桌面高2

m，而一边在水平桌面上时，重心离桌面高1 m.所以在题目所说过程中，重心位置升高了2－1 m. 12．在地球上物体的重力G与质量m间满足G＝mg，当物体在其他星球上时，其重力大小与其质量也满足以上公式，只是式中的g值不同。已知在地球表面上g＝9.8 N/kg，而在月球表面上g′＝1.63 N/kg，则m＝100 kg的物体在地球表面上时，受到重力大小为______ N，将该物体放于月球上时，重力大小变为______ N。

13．关于物体的重心，下列说法正确的是

A．物体的重心一定在物体上

B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心

C．一砖块平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变

D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内位置不变

16．BC

物体的重心是重力的等效作用点，不一定在物体上，所以A项错误；悬挂法确定物体重心时，线的方向一定通过重心，因此B项正确；物体重心与质量分布和形状有关，当质量分布不变、形状不变时，其重心不变，而形状改变时重心位置也改变，所以C项正确，D项错误。

14．如下图所示，走钢丝是一项传统的杂技项目，常常给观众带来惊险、刺激。走钢丝的过程中，演员往往手拿一根很长的木棍，关于木棍的作用，下列说法正确的是

A．为了增大演员与钢丝间的压力

B．为了增大演员与钢丝间的摩擦力

C．为了调节演员自身重心的位置

D．为了增加观众的观赏性

17．C

杂技演员手拿一长木棍，主要是调节自身重心的位置，以便时时保持平衡，安全走过钢丝。

20．(2009广东湛江高一期中，13)

如图所示，把一边长为a的匀质立方体，绕AB棱翻转至对角面ABCD处于竖直位置时，其重心位置升高多少？

21．一个质量为60 kg的人，在地球上的重力为588 N，在月球上的重力为98 N。该人做摸高运动时，在地球上的高度为0.5 m，那么在月球上的触摸高度为多少？

20．答案：2－1a 2a2解析：如图所示，立方体在两位置时重心离地面的高度分别为和a，所以重心位置22升高为2－12aa－＝a。222

21．答案：3.0 m 解析：人在地球和月球上的质量相等，由G＝mg得，地球表面的自由落体加速度

G588g＝＝

m/s2＝9.8 m/s2

m60月球表面的自由落体加速度

G′98g′＝＝

m/s2＝1.63 m/s2

m602设人在地球上的触摸高度为h，在月球上的触摸高度为h′。由v2t－v0＝2ax得hg′＝

h′g解得h′＝＝3.0 m。

g9.8h＝×0.5 m g′1.63